CN101286060A - 基于决策支持的控制植物生长环境的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明是基于决策支持的控制植物生长环境的方法。即：将决策服务器端与执行控制端进行网络联接；定时测定所种植物各个生长阶段在不同环境因子下的植物生长量，测定温室内各控制设备运行时所达到的环境因子参数；将所测的植物生长量和环境因子参数通过网络传输到决策服务器端与该植物该生长阶段的植物模型做比较，计算环境因子预调控量和控制成本和投入产出值；决策服务器端将最佳预调控量发送到执行控制端启动相应的调控机构进行温室环境控制。本发明采用分布式网络结构，实现远程监测与控制，同时监测与控制多个温室中不同植物的生长，实现投入与产出的最优化。

Description

基于决策支持的控制植物生长环境的方法
技术领域
本发明涉及温室环境控制技术领域，特别是基于决策支持的控制植物生长环境的方法。
背景技术
目前，国内外基于决策支持的控制植物生长的方法主要依据两个方面：植物生长模拟和温室环境控制。开发的决策支持系统虽然都能实现植物生长的控制，但存在一些弊端。基于植物生长模拟的决策支持系统，根据作物以往的生长数据建立数学模型，并通过建立的数学模型来描述作物生长过程与环境之间的关系，实现对植物的长势及环境的监测，并提供植物种植管理方面的咨询服务；缺点是忽略了温室环境控制对植物生长的重要性及经济最优性。基于温室环境控制的决策支持系统，只提供温室环境控制的决策支持，忽略了植物以往生长的数学模型对温室环境控制的重要参考意义。
另外，上述决策支持系统均采用单机工作模式，即一台主机实现了决策支持和控制温室调控机构的两种功能，但这种工作模式存在以下缺点：1.工作人员不能实现远程监测与控制，必须深入温室现场；2.数据安全性较差，一旦单机出现损坏，系统重建代价太大；3.通用性不好，不能同时监测与控制多个温室中不同植物的生长。基于上述问题有必要对系统加以改进，开发新的控制方法。
发明内容
本发明的目的是克服根据单纯的植物生长模拟或根据单纯的温室环境控制技术的不足，提供一种结合植物生长模拟和温室环境控制两个方面的基于决策支持的控制植物生长环境的方法。
本发明提出的这种基于决策支持的控制植物生长环境的方法是：
(1)将决策服务器端与执行控制端进行网络联接，执行控制端与置于各温室里的调控机构联接；
(2)定时测定所种植物各个生长阶段在不同环境因子下的植物生长量，测定温室内各控制设备运行时所达到的环境因子参数；
(3)将所测的植物生长量和环境因子参数通过网络传输到决策服务器端；
(4)决策服务器端将这些数据与该植物该生长阶段的植物模型做比较，计算环境因子预调控量，同时计算为了达到该调控量所花费的调控机构的控制成本C、植物的经济产出值M和M/C的值；
(5)重复步骤(4)，取M/C达最大值时的预调控量。
(6)决策服务器端将步骤(5)所得的环境因子的预调控量通过网络发送到执行控制端的计算机上，执行控制端的计算机通过自动控制器启动相应的调控机构进行温室环境控制。
第(1)步的决策服务器端是指位于远程监控室的计算机；执行控制端包括位于温室的计算机、自动控制器、数据采集器、传感器。
第(2)步中的测定间隔时间通常是10～30分钟。环境因子为温度、湿度、光照、二氧化碳浓度、PH值、电导率等。
植物生长阶段分为发芽期、幼苗期、成长期、成熟期四个并根据以往的种植数据及种植专家的经验建立四个生长阶段的数学模型。
受控温室可以是单个，也可是多个，数量一般没有限制。
本发明具有以下优点：
1、采用分布式网络结构，对生长的植物实现远程监测与控制，并能实现同时监测与控制多个温室中不同植物的生长。
2、将植物生长模拟和温室环境控制两方面相结合，以经济最优化的原则，对控制环境下植物生长作出较之现有技术更为准确合理的决策。
附图说明
图1是本发明的决策支持系统结构框图。
图2是本发明的温室环境控制流程图。
具体实施方式
如图2所示，本发明的控制流程如下：
(1)将决策服务器端与执行控制端进行网络联接，执行控制端与置于各温室里的调控机构联接；
(2)定时测定所种植物各个生长阶段在不同环境因子下的植物生长量，测定温室内各控制设备运行时所达到的环境因子参数；
(3)将所测的植物生长量和环境因子参数通过网络传输到决策服务器端；
(4)决策服务器端将这些数据与该植物该生长阶段的植物模型做比较，计算环境因子预调控量，同时计算为了达到该调控量所花费的调控机构的控制成本C、植物的经济产出值M和M/C的值；
(5)重复步骤(4)，取M/C达最大值时的预调控量；
(6)决策服务器端将步骤(5)所得的环境因子的预调控量通过网络发送到执行控制端的计算机上，执行控制端的计算机启动相应的调控机构进行温室环境控制。
按图1所示联接关系，将位于中心控制室的决策服务端与分布在各温室的执行控制端、调控机构进行网络联接起来。受控温室的数量一般没有限制。
下面以温室种植的西红柿为实例来进一步说明本发明的技术方案。
本例以1个受控温室的情况来说明。
决策服务端包括：位于远程监控室的计算机。
执行控制端包括：位于温室的计算机、自动控制器(温湿度自动控制器、喷雾控制器、滴灌控制器等)、数据采集器、传感器(包括室内外温湿度传感器、光照传感器、二氧化碳浓度传感器、风速传感器、pH传感器、Ec传感器等)。计算机和自动控制器相连，自动控制器与调控机构相连，数据采集器与各种传感器相连，数据采集器与计算机相连。
调控机构包括：天窗、内遮阳网、燃油热风炉、喷雾机、湿帘、风机等设备。
现以某高校的温室为例，西红柿种植在东西长50米，南北长24米，栽培畦22米，脊高3.5米的单连栋温室内。
西红柿在温室中的生长周期不是很长，一般在95天左右。将西红柿的生长期分为发芽期、幼苗期、成长期、成熟期四个阶段，并根据以往的种植数据及种植专家的经验建立四个生长阶段的数学模型。
西红柿为果蔬型作物，因此它对环境因子的要求也很敏感，特别是对温度、光照这两个重要环境因子。在对温度和光照的监测时我们采用多种环境自动监测采集仪器测定环境因子数据，包括以色列PhytomonitorSP-3、英国ELE、以色列Galileo-LPS2000连续实时监测，每10分钟采集1组数据，主要测定温室光强、温度。
在西红柿的成长期，系统某晴天的某时刻所测得的植物生长量为：干物质分配到果实的比例为0.310，净光合速率为25.62；环境因子参数为：室内温度35℃，相对湿度55％，光照强度24.66kLx。将所测的植物生长量和环境因子参数通过网络传输到决策服务器端。然后，决策服务器端将这些数据与该植物该生长阶段的植物模型做比较，计算环境因子预调控量，同时计算为了达到该调控量所花费的调控机构的控制成本C；计算植物的经济产出值M，计算M/C的值。通过反复计算，取M/C达最大值时的预调控量为：温度33.7℃、相对湿度52％、光照强度22.53kLx。决策服务器端将所得的环境因子的预调控量通过网络发送到执行控制端的计算机上，执行控制端的计算机启动相应的调控机构进行温室环境控制。而在实际运行中，经过10分钟的调控后发现温室内的温度为33.68℃，相对湿度52％，光照强度22.60kLx，其控制成本为0.85元/平米，产投比27.2，比原先控制成本每平降低0.76元。达到了系统预期的目的，也兼顾了经济成本。

Claims (5)

1、一种基于决策支持的控制植物生长环境的方法，其特征在于：
(1)将决策服务器端与执行控制端进行网络联接，执行控制端与置于各温室里的调控机构联接；
(2)定时测定所种植物各个生长阶段在不同环境因子下的植物生长量，测定温室内各控制设备运行时所达到的环境因子参数；
(3)将所测的植物生长量和环境因子参数通过网络传输到决策服务器端；
(4)决策服务器端将这些数据与该植物该生长阶段的植物模型做比较，计算环境因子预调控量，同时计算为了达到该调控量所花费的调控机构的控制成本C、植物的经济产出值M和M/C的值；
(5)重复步骤(4)，取M/C达最大值时的预调控量；
(6)决策服务器端将步骤(5)所得的环境因子的预调控量通过网络发送到执行控制端的计算机上，执行控制端的计算机启动相应的调控机构进行温室环境控制。
2、根据权利要求1所述的基于决策支持的控制植物生长环境的方法，其特征在于第(1)步的决策服务器端包括位于远程监控室的计算机；执行控制端包括位于温室的计算机、自动控制器、数据采集器、传感器；计算机和自动控制器相连，自动控制器与调控机构相连，数据采集器与各种传感器相连，数据采集器与计算机相连。
3、根据权利要求1所述的基于决策支持的控制植物生长环境的方法，其特征在于第(2)步中的测定间隔时间通常是10～30分钟，环境因子为温度、湿度、光照、二氧化碳浓度、PH值和电导率中的一个或多个。
4、根据权利要求1所述的基于决策支持的控制植物生长环境的方法，其特征在于植物各个生长阶段分为发芽期、幼苗期、成长期、成熟期四个，并建立四个生长阶段的数学模型。
5、根据权利要求1所述的基于决策支持控制的植物生长环境的方法，其特征在于受控温室的数量是多个。
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